در مراکز داده با افزایش تعداد رک­ها و متعاقبا مصرف برق و تولید حرارت بیشتر تمایل به سیستم سرمایشی مبتنی بر مایع خنک­ کننده (کویل DX یا آبسرد) دارد. این پیشنهاد که شاید به یک اندازه برای همه دیتاسنترها مناسب باشد؛ یکی از اساسی‌ترین مسایل را نادیده می‌گیرد و همین عامل هم باعث شده پذیرش بالقوه این سیستم سرمایشی با موانعی روبرو باشد. مسئله این است که بسیاری از اپلیکیشن‌های مرکزداده هنوز مبتنی بر سیستم سرمایشی مبتنی بر هوای سرد (هواساز)، به عنوان کارآمدترین و مقرون‌به‌صرفه‌ترین راه‌حل‌های خنک‌کنندگی هستند. بدون شک، آینده­ دیتاسنترها را سیستم‌های سرمایشی ترکیبی شکل می‌دهند: ترکیبی از سیستم هواساز و سیستم سرمایشی کویل سرمایی با تبادل مستقیم. این راه‌کار به کاربران و مالکان دیتاسنترها اجازه می‌دهد محیط‌های سرور خود را بهینه‌سازی نموده و در برابر افزایش ظرفیت‌ها، توانمند باشند. امروزه، بسیاری از مراکزداده با افزایش مصرف برق در هر رک فناوری اطلاعات روبرو می‌شوند و به سطوحی می‌رسند که تا همین چند سال پیش، خیلی دور از دسترس بود. به عنوان مثال، در سال ۲۰۲۰، موسسه­ی آپ‌تایم (Uptime) پیش‌بینی کرد در بسیاری از دیتاسنترها تراکم رک‌ها به ۲۰ کیلووات و بالاتر برسد. اغلب مراکزداده با افزایش تراکم رک روبرو شده­اند ولی از همان سیستم سرمایشی مبتنی بر هوای خنک گذشته استفاده می‌کنند. به همین دلیل، بسیاری از فعالان صنعت دیتاسنتر به این فکر افتادند که آیا ادامه این روند و استفاده از سیستم سرمایشی مبتنی بر هوا، برای ظرفیت‌های جدید آینده پاسخ‌گو خواهد بود یا اینکه باید سراغ راهکارهای نوینی مانند سیستم سرمایشی کویل سرد بروند و برای آینده دور، روی آن سرمایه‌گذاری کنند؟ پاسخ‌گویی به این پرسش ساده و به گفتن یک «بله» یا «خیر» به سادگی تمام نمی‌شود. با حرکت رو به جلوی فناوری‌های این صنعت، انتظار می‌رود مراکزداده آینده از اتکای ۱۰۰ درصدی به سیستم سرمایشی مبتنی بر هوای سرد، به مدل هیبریدی شامل راه‌حل‌های خنک‌کننده هوای خنک و کویل سرد در سراسر مراکزداده فعلی و جدید تغییر رویه دهند. افزون بر این، افرادی که به سوی خنک‌کننده کویل سرد حرکت می‌کنند؛ شاید بسته به فناوری‌های سرور مستقر شده؛ همچنان نیازمند استفاده از خنک‌کننده هوا برای پشتیبانی از اپلیکیشن‌های حیاتی و خاص باشند. شاید بپرسید چرا مسئله «سیستم سرماشی هوای خنک در برابر سیستم سرمایشی کویل سرد» یک بحث داغ در این صنعت است؟ برای پاسخ‌دهی به این سوال، باید بدانیم چه چیزی نیاز به خنک‌کننده کویل سرد و سایر روش‌های خنک‌کنندگی نوین را به وجود آورده است و چگونه می‌توانیم همچنان که داریم از هوا به عنوان مکانیزم خنک‌کننده اولیه دیتاسنتر استفاده می‌کنیم؛ سراغ این گزینه‌های جدید برویم؟

آیا می‌توان سیستم سرمایشی هوای خنک و کویل سرد را با هم استفاده کرد؟

برای افرادی که در این صنعت، تازه‌وارد و جدیدتر هستند؛ باید بگوییم این موقعیتی است که یک بار قبلا آن را تجربه کردیم. در پیش از دهه­ی ۱۹۹۰، بخش قابل توجهی از گرما را توسط مبدل‌های حرارتی هوا به آب، از بین می‌بردیم ولی با رفتن فناوری به سوی تراشه‌های CMOS، دیتاسنترها به­طور کامل مبتنی بر خنک‌کننده­ی هوای خنک شدند. در این مدت، موسسه­ی ASHRAE با همکاری سایر نهادهای استاندارد، مجموعه‌ای از قوانین و معیارهای مشترک را برای استفاده­ی کامل از هوا برای خنک‌سازی مراکزداده، تصویب و منتشر کردند. یکی از این اسناد به نام «راه‌حل حرارتی TC9.9 برای محیط‌های مراکز داده» که با همکاری شرکت‌های IT و دست‌اندرکاران سیستم سرمایشی تهیه شده است؛ چندین بار به‌روزرسانی و آخرین نسخه­ آن در سال ۲۰۲۱ (ورژن 5)منتشر شده است. در این نسخه، درباره­ی کلاس جدیدی از سیستم سرمایشی هوای خنک برای رک‌های با تراکم بالا، صحبت شده و روی بهره‌وری مصرف انرژی تمرکز دارد. بنابراین، درباره این پرسش که آیا سیستم مبتنی بر هوای خنک و خنک‌کننده مبتنی بر کویل سرمایی را می‌توانند باهم در یک محیط مرکزداده وجود داشته باشند؛ باید گفت این کار برای چندین دهه انجام شده است. در یک حرکت رو به جلو، بسیاری از کارشناسان انتظار دارند این دو فناوری سیستم سرمایشی، را مجددا کنار یکدیگر برای سال‌های آینده مشاهده کنند.

روند مصرف برق سرورها چه چیزی را نشان می‌دهد؟

اگر بخواهیم درباره­ی مصرف برق و خنک‌کننده­ کنونی سرورها و رک‌ها صحبت کنیم؛ به نظر می‌رسد همه‌ چیز مناسب است ولی باید تمرکز ما روی حجم کاری واقعی دیتاسنترها در آینده و طراحی‌های جدید باشد. در گذشته، یک فرض رایج درباره­ی سیستم سرمایشی هوای خنک، این بود: هنگامی که شما به مصرف برق بالای ۲۵ کیلووات در هر رک رسیدید؛ زمان انتقال به سیستم سرمایشی با کویل سرد بود. امروزه، صنعت تغییراتی در این فرضیه داده است و مراکزداده را قادر می‌سازند تا تراکم ۳۵ کیلووات و حتی بیشتر در هر رک، هنوز از سیستم سرمایشی هوای خنک استفاده کنند. مراکزداده­ی هوش مصنوعی که عمدتا شامل اپلیکیشن‌های مبتنی بر GPU مانند یادگیری ماشینی، داده‌کاوی، مدل‌سازی هوش مصنوعی و تجزیه و تحلیل‌های بالا (برای نمونه، رمزنگاری و استخراج ارزهای دیجیتال) هستند؛ حوزه‌هایی از این صنعت می­باشند که اغلب سراغ سیستم سرمایشی کویل سرد می‌روند یا برنامه و روندی برای انتقال به این نوع سیستم سرمایشی دارند. اما سایر حوزه‌ها از جمله دیتاسنترهای سنتی و ابری، اگرچه حجم کاری در حال افزایشی دارند ولی هنوز از نظر هزینه‌ای و کارایی، وابسته به خنک‌کننده‌های هوای خنک (هواساز) بوده و کوچ به مایع خنک، برایشان منطقی نیست. نکته کلیدی این است که از منظر تجاری، بررسی کنیم قرار است با دیتاسنتر خود چه کاری انجام دهیم؟

چه چیزی باعث رشد مصرف برق سرورها می‌شود؟

تا سال ۲۰۱۰، کسب‌وکارها از سرورهایی با پردازنده‌های تک هسته‌ای استفاده نمودند اما هنگامی که پردازنده‌های چند هسته‌ای وارد بازار شدند؛ طبیعی است که به سوی استفاده از آن پردازنده­ها آمدند. با این حال، هنوز پردازنده‌های دو یا چهار هسته‌ای، مصرف انرژی نسبتا ثابت و پایینی داشتند. این مسئله، به تولیدکنندگان سرورها اجازه می‌داد روی دبی جریان هوای پایین‌تر برای خنک‌سازی تجهیزات فناوری اطلاعات تمرکز کنند و راندمان کلی، بهتر شود. در حوالی سال ۲۰۱۸، با کوچک‌تر شدن مداوم این پردازنده‌ها، استفاده از پردازنده‌های با تعداد هسته‌های بالاتر، عادی‌تر شد و با رسیدن آن‌ها به محدودیت‌های کارایی خود، تنها راه دستیابی به سطوح جدیدی از قدرت محاسباتی توسط اپلیکیشن‌های سنگین پردازشی، افزایش مصرف انرژی بود. تولیدکنندگان سرورها در محصولات خود تا حد امکان از پردازنده‌های با هسته‌های بیشتر استفاده کردند اما به دلیل مصرف انرژی بالای CPU، این دیتاسنترها بودند که با چالش از بین بردن گرمای تولید شده با سیستم سرمایشی هوای خنک سنتی روبرو شدند و دنبال راه‌کارهای خنک‌کنندگی جایگزین مانند کویل سرد رفتند. چندین سال است تولیدکنندگان سرورها، دمای قابل تحمل در سرورها (اختلاف دما) را افزایش دادند که باز برای رسیدن به کارایی بالاتر، ایده ­آل است. زیرا هرچه اختلاف دما بالاتر باشد؛ جریان هوای کمتری برای دفع حرارت تولیدی CPU نیاز است. اما تولیدکنندگان سرورها نیز محدودیت‌های خود را دارند و در نتیجه، اپراتورهای مرکزداده، به ناچار بایستی برای خنک کردن سرورها با میزان حرارت تولیدی بالا، جریان هوا افزایش دهند؛ در حالی که همزمان مصرف انرژی سرورها و سیستم سرمایشی نیز افزایش یافته است.

افزودن گزینه‌های جدید به سیستم سرمایشی هوای خنک

خوش‌بختانه، چندین رویکرد در صنعت دیتاسنتر برای خنک‌سازی رک‌ها با مصرف برق ۳۵ کیلووات و بالاتر وجود دارد که هنوز مبتنی بر خنک‌کنندگی هوای سنتی باشند. این گزینه‌ها با استقرار راهروی سرد و گرم شروع می‌شوند. به­طور معمول مصرف برق رک‌ها نباید بیشتر از ۵ کیلووات برق در هر رک باشد و در این صورت با افزایش جریان هوای سرد اطراف رک‌ها، در نقاطی که گرما حبس شده است، می‌توان دیتاسنتر را در یک دمای مطلوب نگه داشت. اما در برخی مواقع و برای رک‌های با مصرف برق بسیار بالا، بهتر است سیستم سرمایشی هوای خنک را سیستم سرمایشی کویل سرد تعویض کرد؛ به‌ویژه با نسل جدیدی از پردازنده‌های مرکزی و پردازنده‌های گرافیکی که قرار است در دیتاسنترهای آینده به کار گرفته شوند و مصرف انرژی آن‌ها به ۵۰۰ وات برای هر پردازنده و حتی بالاتر می‌رسد. این حرکت به طور خودکار برای همه دیتاسنترها نیست و نباید همه صنعت دنبال چنین رویکردی باشد. در آینده، سیستم سرمایشی کویل سرد، یک راه‌حل یا درمان ایده‌آل برای تمام نیازهای خنک‌کنندگی دیتاسنتر نیست. انتخاب کویل سرد به جای هوا، به عوامل مختلفی بستگی دارد، از جمله آن­ها می­توان به موقعیت مکانی، در دسترس بودن آب یا نبودن هوای سرد، مصرف برق رک‌ها، بار کاری، کارایی مورد نیاز، عملکرد دیتاسنتر، بازیاب حرارتی و فضای فیزیکی اشاره کرد. مالکان و ذی‌نفعان صنعت دیتاسنتر نباید روی سیستم سرمایشی مبتنی بر هوای خنک یا سیستم سرمایشی مبتنی بر کویل سرد محدود شوند و سراغ رویکردها و فناوری‌های دیگر نروند. نکته کلیدی، انتخاب یک رویکرد مبتنی بر واقعیت‌ها، کاربردی‌تر و منطقی‌تر است.